CN112149120A - 一种透传式双通道电力物联网安全检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，包含数据采集装置和监测大数据分析服务器两部分；数据采集装置分别通过业务通道、监测控制通道对应连接电力物联网终端设备和监测大数据分析服务器；通过将业务数据和监控数据进行隔离，具有透明传输功能，在不影响已有电力物联网业务的情况下采集终端运行状态和业务数据，且数据采集装置将所采集的终端运行状态和业务数据提交至监测大数据分析服务器中进行大数据分析；实现终端行为画像、攻击监测、态势感知和威胁预警预测功能。可有效解决电力物联网终端安全态势感知和威胁识别、预警和联动，基于本系统的透传功能可方便安装部署在电力物联网存量终端中，具有良好的适用性和兼容性。
Description
技术领域
本发明属于电力物联网安全领域，尤其是一种透传式双通道电力物联网安全检测系统。
背景技术
电力物联网的发展为电力信息通信系统安全防护带来了新的挑战。一是随着终端接入方式的增加和接入规模的增大，业务数据呈大数据特征，防御边界模糊，威胁形式复杂多变，攻击面增大，给安全监测带了很大难度。二是大量存量设备在部署之初缺少安全防护设计，缺少防御能力，成为系统整体安全的短板。因此，如何在不改变现有物联终端部署方式和业务流程的前提下，基于安全大数据和智能化威胁识别手段，实现感知层信息安全威胁的及时发现、主动阻断、智能防御、跟踪溯源、安全审计、统一访问控制、流量分析,支持远程串口配置等功能，具有重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提出了
本发明所采用的技术方案如下：一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，通过在电力物联网终端上增加数据采集装置,实时采集电力物联网终端运行数据并上传到监测大数据分析服务器进行分析和处理，可有效解决电力物联网终端安全态势感知和威胁识别、预警和联动，基于本系统的透传功能可方便安装部署在电力物联网存量终端中，具有良好的适用性和兼容性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，包含数据采集装置和监测大数据分析服务器两部分；数据采集装置具有业务通道和监测控制通道，数据采集装置通过业务通道连接电力物联网终端设备，数据采集装置通过监测控制通道连接监测大数据分析服务器；通过将业务数据和监控数据进行隔离，具有透明传输功能，在不影响已有电力物联网业务的情况下采集终端运行状态和业务数据，且数据采集装置将所采集的终端运行状态和业务数据提交至监测大数据分析服务器中进行大数据分析；实现终端行为画像、攻击监测、态势感知和威胁预警预测功能。
进一步，所述数据采集装置串联在电力物联网终端设备和上位机之间，业务通道串联在电力物联网终端设备到主站的上行链路中，传输电力物联网业务数据，具有透明传输功能，不影响电力物联网业务应用。
进一步，所述监测控制通道为独立的加密通道，监测控制通道的控制信道采用TCP/IP协议、WIFI、4G专网、5G或LORA的通信机制。
进一步，数据采集装置具有可编程扩展能力，通过软件可定义服务实现与监测大数据分析服务器的有效协同；通过数据采集装置的编程接口实现数据包进行深度检测、加解密、打标签、区块链查询的操作，数据采集装置具备溯源和审计能力，支持通过指令对电力物联网终端的配置和控制。
进一步，数据采集装置设有防拆模块，防拆模块的物理连接被非法断开或软硬件配置被修改，数据采集装置将存储入侵日志至加密分区并立即回传报警信息至服务器，实现防拆功能和完整性监测。
进一步，监测大数据分析服务器对数据采集装置的业务行为进行大数据分析和物联网终端画像，形成系统安全基线的方法为：
步骤1，建立电力物联网终端设备的特征空间和标签集合，将电力物联网终端设备的具体行为进行抽象化表示；
步骤2，以不同的数据维度对电力物联网终端进行刻画；
步骤3，针对网络流和业务安全的异常分析和针对异常设备的监测识别，监测大数据分析服务器将数据采集装置采集到的标签数据与设备的特征空间相对比，通过关键词提取，分析电力物联网终端业务行为的异常，进而实现对电力物联网终端设备异常检测。
进一步，异常检测通过建立正常行为模式库作为安全基线，所述正常行为模式库内存放行为特征数据；将观察到的不属于正常模式库的行为判定为异常，这些异常包括传输频次、通信量、数值波动的情况，如果异常值达到报警阈值，就出发联动处置和主动防御。
进一步，根据分析结果和安全基线，统计正常情况及异常情况的信息及频次，形成电力物联网安全态势，利用特征工程对不同态势下的网络进行建模，利用深度学习模型感知时序数据下的网络流量及业务内容数据，侦测异常态势并预警；统计分析典型攻击场景的数据特征，应用决策树模型学习典型攻击场景，建立典型攻击场景识别模型，实现网络态势实时感知、威胁预警预测和联动处置。
本发明的有益效果：
本发明所提出的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统的数据采集装置通过有业务通道和监测控制通道具有透明传输功能，可在不影响已有电力物联网业务的情况下采集相关数据。且数据采集装置的软件可以定义，通过软件可定义服务实现与监测大数据分析服务器的有效协同。为了提高安全性，数据采集装置通过防拆模块实现防拆功能和完整性监测。监测大数据分析服务器可有效解决电力物联网终端安全态势感知和威胁识别、预警和联动。
附图说明
图1是本发明一种透传式双通道电力物联网安全检测系统示意图；
图2是数据采集装置说明图；
图3是监控大数据分析架构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，包含数据采集装置和监测大数据分析服务器两部分；数据采集装置具有透明传输功能，可在不影响已有电力物联网业务的情况下采集终端运行状态和业务数据，且数据采集装置将所采集的终端运行状态和业务数据提交至监测大数据分析服务器中进行大数据分析；实现终端行为画像、攻击监测、态势感知和威胁预警预测功能。
数据采集装置串联在电力物联网终端设备和上位机之间；且数据采集装置具有双通道传输，分别是业务通道和监测控制通道，如图1所示，数据采集装置通过业务通道连接电力物联网终端设备，数据采集装置通过监测控制通道连接监测大数据分析服务器；通过将业务数据和监控数据进行隔离，避免了相互干扰，提高了安全性。在本实施例中，业务通道串联在电力物联网终端设备到主站的上行链路中，传输电力物联网业务数据，具有透明传输功能，不影响电力物联网业务应用。具体可以采用一种简单的实现方式为使用数据链路层桥接功能，linux操作系统中的命令如下：
#brctl addbr<网桥名称>
#brctl addif<网桥名称><接口1名称>
#brctl addif<网桥名称><接口2名称>
#ifconfig<网桥名称>up
可以根据上述原理实现更复杂的透传功能。
监测控制通道为独立的加密通道，将监测数据上传至监测大数据分析服务器。监测控制通道的控制信道可采用TCP/IP协议、WIFI、4G专网、5G、LORA等多种通信机制，如图2。
数据采集装置具有可编程扩展能力，通过软件可定义服务实现与监测大数据分析服务器的有效协同。可通过数据采集装置的编程接口实现数据包进行深度检测、加解密、打标签、区块链查询等操作，具备溯源和审计能力，支持通过指令对电力物联网终端的配置和控制。
如图2，数据采集装置还设有防拆模块，具有防拆功能和完整性监测，如果物理连接被非法断开或软硬件配置被修改，将存储入侵日志至加密分区并立即回传报警信息至服务器。
监测大数据分析服务器除了通过监测控制通道接收数据采集装置输送的终端运行状态和业务数据，还分别连接数据库、联动设备和监控大屏。
监测大数据分析服务器对数据采集装置传来的终端运行状态和业务数据的业务行为进行大数据分析和物联网终端画像，形成系统安全基线。具体步骤如下：
步骤1：建立电力物联网终端设备的特征空间和标签集合，将电力物联网终端设备的具体行为进行抽象化表示。
步骤2：以不同的数据维度对电力物联网终端进行刻画，例如：根据状态属性分为固定设备和移动设备；根据业务属性分为语音终端、视频终端、传感终端；根据应用类型属性分为用电采集终端、配电调度终端、充电管理终端等。
步骤3：针对网络流和业务安全的异常分析和针对异常设备的监测识别。监测大数据分析服务器将数据采集装置采集到的标签数据与设备的特征空间相对比，例如，标签的全集为{A,B,C,D,E,F}，终端画像为{C,E,F}，则数学意义上的标签全集等价于特征空间{A×B×C×D×E×F}，终端画像等价于{0,0,1,0,1,1}的稀疏向量。通过关键词提取，分析电力物联网终端业务行为的异常，进而推断出电力物联网终端设备异常。
电力物联网终端设备的异常包含以下三种类型：
1)点异常:如果单独一条数据异常与其它的数据，那么这条数据实际就是一个点异常。
2)上下文异常:如果一条数据在一个特定的上下文中被认为异常，但放在另一个上下文中并不异常，就是上下文异常，也称为条件异常。
3)集合异常:如果一个连续的数据集合相对于整个数据集异常，那么这个集合就称为集合异常。集合异常中的单个数据可能并不是点异常，但是这些数据连续放在一起就违背正常行为模式。
如图3，异常检测通过建立正常行为模式库作为基线，所述正常行为模式库内存放行为特征数据，类似杀毒软件的病毒库；然后将观察到的不属于正常模式库的行为判定为异常，这些异常包括传输频次、通信量、数值波动等情况，如果异常值达到报警阈值，就出发联动处置和主动防御。异常检测技术主要有基于分类、基于最近邻、基于聚类、基于统计、基于信息论、基于光谱等，专业技术人员可灵活选择。
监测大数据分析服务器处理并存储终端安全行为日志，形成安全数据中台，对电力物联网系统运行状态进行实时态势感知、预警和处理，并通过监控大屏(3维界面)实时显示，辅助安全管理人员决策。具体如下：
根据分析结果和安全基线，统计正常情况及异常情况的信息及频次，形成电力物联网安全态势，利用特征工程对不同态势下的网络进行建模，利用深度学习模型(LSTM)感知时序数据下的网络流量及业务内容数据，侦测异常态势并预警。统计分析典型攻击场景的数据特征如DDoS、异常报文、内存溢出等攻击，应用决策树模型学习典型攻击场景，建立典型攻击场景识别模型，实现网络态势实时感知、威胁预警预测和联动处置。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，包含数据采集装置和监测大数据分析服务器两部分；数据采集装置具有业务通道和监测控制通道，数据采集装置通过业务通道连接电力物联网终端设备，数据采集装置通过监测控制通道连接监测大数据分析服务器；通过将业务数据和监控数据进行隔离，具有透明传输功能，在不影响已有电力物联网业务的情况下采集终端运行状态和业务数据，且数据采集装置将所采集的终端运行状态和业务数据提交至监测大数据分析服务器中进行大数据分析；实现终端行为画像、攻击监测、态势感知和威胁预警预测功能。
2.根据权利要求1所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，所述数据采集装置串联在电力物联网终端设备和上位机之间，业务通道串联在电力物联网终端设备到主站的上行链路中，传输电力物联网业务数据，具有透明传输功能，不影响电力物联网业务应用。
3.根据权利要求1所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，所述监测控制通道为独立的加密通道，监测控制通道的控制信道采用TCP/IP协议、WIFI、4G专网、5G或LORA的通信机制。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，数据采集装置具有可编程扩展能力，通过软件可定义服务实现与监测大数据分析服务器的有效协同；通过数据采集装置的编程接口实现数据包进行深度检测、加解密、打标签、区块链查询的操作，数据采集装置具备溯源和审计能力，支持通过指令对电力物联网终端的配置和控制。
5.根据权利要求4所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，数据采集装置设有防拆模块，防拆模块的物理连接被非法断开或软硬件配置被修改，数据采集装置将存储入侵日志至加密分区并立即回传报警信息至服务器，实现防拆功能和完整性监测。
6.根据权利要求1所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，监测大数据分析服务器对数据采集装置的业务行为进行大数据分析和物联网终端画像，形成系统安全基线的方法为：
步骤1，建立电力物联网终端设备的特征空间和标签集合，将电力物联网终端设备的具体行为进行抽象化表示；
步骤2，以不同的数据维度对电力物联网终端进行刻画；
步骤3，针对网络流和业务安全的异常分析和针对异常设备的监测识别，监测大数据分析服务器将数据采集装置采集到的标签数据与设备的特征空间相对比，通过关键词提取，分析电力物联网终端业务行为的异常，进而实现对电力物联网终端设备异常检测。
7.根据权利要求6所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，异常检测通过建立正常行为模式库作为安全基线，所述正常行为模式库内存放行为特征数据；将观察到的不属于正常模式库的行为判定为异常，这些异常包括传输频次、通信量、数值波动的情况，如果异常值达到报警阈值，就出发联动处置和主动防御。
8.根据权利要求7所述的一种透传式双通道电力物联网安全检测系统，其特征在于，根据分析结果和安全基线，统计正常情况及异常情况的信息及频次，形成电力物联网安全态势，利用特征工程对不同态势下的网络进行建模，利用深度学习模型感知时序数据下的网络流量及业务内容数据，侦测异常态势并预警；统计分析典型攻击场景的数据特征，应用决策树模型学习典型攻击场景，建立典型攻击场景识别模型，实现网络态势实时感知、威胁预警预测和联动处置。
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